EP0451308B1 - Schaltungsanordnung zur Messung des Stroms einer elektrische Ladungen enthaltenden Flüssigkeit - Google Patents

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EP0451308B1
EP0451308B1 EP90106783A EP90106783A EP0451308B1 EP 0451308 B1 EP0451308 B1 EP 0451308B1 EP 90106783 A EP90106783 A EP 90106783A EP 90106783 A EP90106783 A EP 90106783A EP 0451308 B1 EP0451308 B1 EP 0451308B1
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    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/60—Circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for measuring the current of a liquid containing electrical charges according to the preamble of claim 1.
  • a circuit arrangement of this type is known from DE-OS 27 43 954.
  • the object of the invention is to provide a circuit arrangement according to the preamble of claim 1, which eliminates the need for an additional liquid level measurement, even if the fill level of the pipe section is low.
  • FIG. 2 shows a different design of the magnets generating the magnetic field than in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a pipe section 1 consisting of electrically insulating material on the inside and two electromagnets 2a, 2b for generating a magnetic field which passes through the pipe section 1 essentially diametrically.
  • Two electrodes 3a, 3b influenced by charge shifts in the liquid lie in such a way that their central connecting line X passes through the current essentially diametrically to the pipe section 1 and essentially perpendicular to the central connecting line Y between the electromagnets 2a, 2b.
  • the electromagnets 2a, 2b are connected to a supply device 13 by means of down and reversing switches 4, 5.
  • the electromagnets 2a, 2b can also be connected in series, and in order to change the excitation of the electromagnet 2a or the electromagnet 2b, an additional winding can be provided on the electromagnet 2a or 2b, which has an opposite pole to excite the main winding Causes excitement.
  • the electrodes 3a, 3b are connected to a signal amplifier 6, the output of which is connected to a signal switch 7.
  • a clock generator 11 synchronously switches the pole-reversal switches / cut-off switches 4, 5 to output channels of the signal switch 7, which, for example, to a signal memory 8 with polarity of the electromagnets 2a, 2b having the same polarity, to a signal memory 9 with polarity of the electromagnets 2a, 2b in opposite polarity and to a signal memory 10 with the electromagnet 2b turned off.
  • the in the latches 8, 9 and 10 stored signals are processed in a correction circuit 12 by means of empirical parameters, so that a signal occurs at the output 14 of the correction circuit 12 which is essentially free of disturbances in the flow profile in the pipe section 1, in particular deviations of the flow profile from the rotational symmetry is.
  • the clock 11 also switches a second switch 7 ', which passes the measuring voltages taken from the second electrodes 3a', 3b 'via a signal amplifier 6' into second memories 8 ', 9', 10 ', which store the 8, 9, 10th correspond, ie different switching states of the electromagnet 2b.
  • the outputs of the memory 8 ', 9', 10 ' are connected to the correction circuit 12 for generating the output signal.
  • the signals stored in these memories 8 ', 9', 10 ' are processed in the correction circuit 12 by means of empirical parameters.
  • the circuit contains a common pair of electromagnets 2a, 2b.
  • the circuit contains different electromagnets 2a, 2b and 15a, 15b, of which the pair 15a, 15b is optimized for partial filling measurements.
  • the mode of operation of the invention is based on the fact that an inductive flow meter indicates a deviating measured value when the pipe section 1 is partially filled, which results from the distribution of values in the pipe section 1 which is disturbed by the partial filling.
  • the level in the pipe section 1 can also be determined from the voltages given off by the electrodes 3a, 3b and 3a 'and 3b' and possibly further electrodes.
  • the coil 15a has a smaller diameter than the coil 15b.
  • the magnetic field in the upper area of the pipe section 1 is stronger than in the lower area of the pipe section 1.
  • This qualitative feature is decisive for the "optimization”: the magnetic field in the longitudinal center plane of the pipe section 1 becomes weaker from top to bottom.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung des Stroms einer elektrische Ladungen enthaltenden Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist nach der DE-OS 27 43 954 bekannt.
  • Insbesondere bei Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung zur Messung von Abwasser, das das Rohrstück durchfließt, kommt es vor, daß das Rohrstück nicht völlig gefüllt ist. Um eine vollständige Füllung des Rohrstücks sicherzustellen, ist es deshalb erforderlich, eine Dückung (ein Syphon) vorzusehen, um sicherzustellen, daß das Rohrstück stets gefüllt ist. Eine solche Dückung hat jedoch den Nachteil, daß ein zusätzlicher Strömungswiderstand für die Flüssigkeit entsteht und daß außerdem die Baukosten für die Dückung, insbesondere bei sehr weiten Rohrstücken, erheblich sind.
  • Es ist bekannt, mehrere Elektrodenpaare vorzusehen, mittels denen eine gesonderte zusätzliche Messung des Flüssigkeitsstandes im Rohrstück möglich ist. Eine solche zusätzliche Flüssigkeitsstandsmessung ist jedoch aufwendig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die eine zusätzliche Flüssigkeitsstandsmessung erübrigt, auch wenn der Füllstand des Rohrstücks niedrig ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.
  • Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung.
  • Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 verschiedene Ausbildung der das Magnetfeld erzeugenden Magneten.
  • Fig. 1 zeigt ein innenseitig aus elektrisch isolierendem Material bestehendes Rohrstück 1 und zwei Elektromagnete 2a, 2b zur Erzeugung eines das Rohrstück 1 im wesentlichen diametral durchsetzenden Magnetfelds. Zwei von Ladungsverschiebungen in der Flüssigkeit beeinflußte Elektroden 3a, 3b liegen derart, daß ihre mittlere Verbindungslinie X den Strom im wesentlichen diametral zum Rohrstück 1 und im wesentlichen rechtwinklig zur mittleren Verbindungslinie Y zwischen den Elektromagneten 2a, 2b durchsetzt. Die Elektromagneten 2a, 2b sind über Ab-und Umpolschalter 4, 5 mit einem Versorgungsgerät 13 verbunden. Bei entsprechender Änderung der Schaltung können die Elektromagneten 2a, 2b auch hintereinander geschaltet sein, und es kann zur Änderung der Erregung des Elektromagneten 2a oder des Elektromagneten 2b jeweils eine Zusatzwicklung auf dem Elektromagneten 2a bzw. 2b vorgesehen sein, die eine zur Erregung der Hauptwicklung gegenpolige Erregung hervorruft. Die Elektroden 3a, 3b sind mit einem Signalverstärker 6 verbunden, dessen Ausgang an eine Signalweiche 7 angeschlossen ist. Ein Taktgeber 11 schaltet synchron die Umpolschalter/Abschalter 4, 5 zu Ausgangskanälen der Signalweiche 7, die z.B. zu einem Signalspeicher 8 bei gleichsinniger Polung der Elektromagneten 2a, 2b, zu einem Signalspeicher 9 bei gegensinniger Polung der Elektromagneten 2a,2b und zu einem Signalspeicher 10 bei abgeschaltetem Elektromagneten 2b führen. Die in den Signalspeichern 8, 9 und 10 gespeicherten Signale werden in einer Korrekturschaltung 12 mittels empirischer Parameter verarbeitet, so daß am Ausgang 14 der Korrekturschaltung 12 ein Signal auftritt, das im wesentlichen von Störungen des Strömungsprofils im Rohrstück 1, insbesondere von Abweichungen des Strömungsprofils von der Rotationssymmetrie, frei ist.
  • Unterhalb der Elektroden 3a, 3b sind zwei weitere von Ladungsverschiebungen in der Flüssigkeit beeinflußte Elektroden 3a′ und 3b′ angeordnet, deren mittlere Verbindungslinie X′ den Strom im wesentlichen quer zum Rohrstück 1 und im wesentlichen rechtwinklig zur mittleren Verbindungslinie Y zwischen den Magneten 2a, 2b durchsetzt. Der Taktgeber 11 schaltet überdies eine zweite Weiche 7′, die die von den zweiten Elektroden 3a′, 3b′ über einen Signalverstärker 6′ abgenommenen Meßspannungen in zweite Speicher 8′, 9′, 10′ leitet, die den speichern 8, 9, 10 entsprechen, also unterschiedlichen Schaltzuständen des Elektromagneten 2b. Die Ausgänge auch der Speicher 8′, 9′, 10′ sind an die Korrekturschaltung 12 zur Erzeugung des Ausgangssignals angeschlossen. Auch die in diesen Speichern 8′, 9′, 10′ gespeicherten Signalen werden in der Korrekturschaltung 12 mittels empirischer Parameter verarbeitet.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 enthält die Schaltung ein gemeinsames Paar von Elektromagneten 2a, 2b.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 enthält die Schaltung unterschiedliche Elektromagneten 2a, 2b und 15a, 15b, von denen das Paar 15a, 15b für Teilfüllmessungen optimiert ist.
  • Die Wirkungsweise der Erfindung beruht darauf, daß ein induktiver Durchflußmesser bei Teilfüllung des Rohrstücks 1 einen abweichenden Meßwert anzeigt, was sich aus der durch die Teilfüllung gestörten Wertigkeitsverteilung im Rohrstück 1 ergibt.
  • Aus den von den Elektroden 3a, 3b und 3a′ und 3b′ und gegebenenfalls weiteren Elektroden abgegebenen Spannungen läßt sich auch der Füllstand im Rohrstück 1 ermitteln.
  • Nachfolgend werden Funktionen der beschriebenen Anordnung detailliert erläutert:
    • 1. Betrieb mit dem Elektromagnetenpaar 2a, 2b und dem Elektrodenpaar 3a, 3b
      • 1.1 Anwendungskriterium
        Das Meßsystem wird in der Regel immer dann mit dem Elektromagnetenpaar 2a, 2b und dem Elektrodenpaar 3a, 3b gefahren, wenn das Rohrstück 1 ganz oder fast ganz mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die hierfür erforderliche Füllhöhenermittlung leistet das System selbst-ständig. Das Elektromagnetenpaar 2a, 2b wird hinsichtlich der Magnetfeldverteilung in erster Linie für ein volles Rohrstück 1 optimiert. (Die Darstellung von ebenen Spule in Fig. 1 und Fig. 2 ist in diesem Zusammenhang unbedeutend).
      • 1.2 Folgende Meßzyklen (Taktfolgen) sind vorteilhaft:
        • 1.2.1 Taktfolge A
          • 1) Beide Elektromagneten 2a, 2b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gleichsinnig erregt.
            Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a, 3b ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7 dem Speicher 8 zugeführt.
          • 2) Nur der Elektromagnet 2a wird über eine volle Periode erregt und der von dem Elektrodenpaar 3a, 3b ermittelte Meßwert über die Weiche 7 dem Speicher 9 zugeführt.
          • 3) Nur der Elektromagnet 2b wird über eine volle Periode erregt und der von dem Elektrodenpaar 3a, 3b ermittelte Meßwert über die Weiche 7 dem Speicher 10 zugeführt.

      Die Reihenfolge der Schritte 1) bis 3) ist beliebig änderbar.
      Taktfolge B
      • 1) Beide Elektromagneten 2a, 2b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gleichsinnig erregt.
        Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a, 3b ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7 dem Speicher 8 zugeführt.
      • 2) Beide Elektromagneten 2a, 2b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gegensinnig erregt.
        Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a, 3b ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7 dem Speicher 9 zugeführt.
        Der Speicher 10 wird bei dieser Taktfolge nicht benötigt.
    • 2. Betrieb mit dem Elektromagnetenpaar 2a, 2b und dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′
      • 2.1 Anwendungskriterium
        Das Meßsystem wird in der Regel immer dann mit dem Elektromagnetenpaar 2 und dem Elektrodenpaar 3′ gefahren, wenn das Rohrstück 1 nur teilweise gefüllt ist, insbesondere bei Füllhöhen kleiner 50%, denn in diesem Fall kann mit dem Elektrodenpaar 3a, 3b keine Meßspannung mehr registriert werden. Die Einbauhöhe des Elektrodenpaars 3a′, 3b′ bestimmt die untere Grenze der Füllhöhe, bei der das System noch messen kann.
      • 2.2 Folgende Meßzyklen (Taktfolgen) sind vorteilhaft:
        • 2.2.1 Taktfolge A
          • 1) Beide Elektromagneten 2a, 2b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gleichsinnig erregt.
            Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3′ ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7′ dem Speicher 8′ zugeführt.
          • 2) Nur der Elektromagnet 2a wird über eine volle Periode erregt und der von dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ ermittelte Meßwert über die Weiche 7′ dem Speicher 9′ zugeführt.
          • 3) Nur der Elektromagnet 2b wird über eine volle Periode erregt und der von dem Elektrodenpaar 3′ ermittelte Meßwert über die Weiche 7′ dem Speicher 10′ zugeführt.

          Die Reihenfolge der Schritte 1) bis 3) ist beliebig änderbar.
        • 2.2.2 Taktfolge B
          • 1) Beide Elektromagneten 2a, 2b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gleichsinnig erregt.
            Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7′ dem Speicher 8′ zugeführt.
          • 2) Beide Elektromagneten 2a, 2b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gegensinnig erregt. Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7′ dem Speicher 9′ zugeführt.
            Der Speicher 10′ wird bei dieser Taktfolge nicht benötigt.
    • 3. Betrieb mit dem Elektromagnetenpaar 15a, 15b und dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′
      • 3.1 Anwendungskriterium
        Das Meßsystem kann alternativ dann mit dem Elektromagnetenpaar 15a, 15b und dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ gefahren werden, wenn das Rohrstück 1 nur teilweise gefüllt ist.
        Dies entspricht somit den Verhältnissen in Abschnitt 2 mit dem Unterschied, daß ein anderes Paar von Elektromagneten verwendet wird. Das Elektromagnetenpaar 15a, 15b unterscheidet sich von dem Elektromagnetenpaar 2a, 2b hinsichtlich der Magnetfeldverteilung dadurch, daß es für teilgefüllte Rohrstücke 1 optimiert ist.
      • 3.2 Folgende Meßzyklen (Taktfolgen) sind vorteilhaft:
        • 3.2.1 Taktfolge A
          • 1) Beide Elektromagneten 15a, 15b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gleichsinnig erregt.
            Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7′ dem Speicher 8′ zugeführt.
          • 2) Nur der Elektromagnet 15a wird über eine volle Periode erregt und der von dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7′ dem Speicher 9′ zugeführt.
          • 3) Nur der Elektromagnet 15b wird über eine volle Periode erregt und der von dem Elektrodenpaar 3′ ermittelte Meßwert über die Weiche 7′ dem Speicher 10′ zugeführt.

          Die Reihenfolge der Schritte 1) bis 3) ist beliebig änderbar.
        • 3.2.2 Taktfolge B
          • 1) Beide Elektromagneten 15a, 15b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gleichsinnig erregt.
            Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7′ dem Speicher 8′ zugeführt.
          • 2) Beide Elektromagneten 15a, 15b werden über eine volle Periode gleichzeitig und gegensinnig erregt. Der in dieser Periode von dem Elektrodenpaar 3a′, 3b′ ermittelte Meßwert wird über die Weiche 7′ dem Speicher 9′ zugeführt. Der Speicher 10′ wird bei dieser Taktfolge nicht benötigt.
  • Mit der mehrfach genannten Optimierung des Magnetfelds ist folgendes gemeint:
  • Wie Fig. 2 zeigt, hat die Spule 15a einen kleineren Durchmesser als die Spule 15b. Infolgedessen ist das Magnetfeld im oberen Bereich des Rohrstücks 1 stärker als im unteren Bereich des Rohrstücks 1. Dieses qualitative Merkmal ist maßgeblich für die "Optimierung": Das Magnetfeld wird in der Längsmittelebene des Rohrstücks 1 von oben nach unten schwächer.

Claims (1)

  1. Schaltungsanordnung zur Messung des Stroms einer elektrische Ladungen enthaltenden Flüssigkeit, die ein wenigstens innenseitig aus elektrisch isolierendem Material bestehendes Rohrstück (1) durchfließt, mit wenigstens zwei Magneten (2a, 2b), von denen wenigstens einer ein Elektromagnet ist, zur Erzeugung eines den Strom im wesentlichen diametral zum Rohrstück (1) durchsetzenden Magnetfeldes und mit zwei von Ladungsverschiebungen in der Flüssigkeit beeinflußten Elektroden (3a, 3b), deren mittlere Verbindungslinie (X) den Strom im wesentlichen quer zum Rohrstück (1) und im wesentlichen rechtwinklig zur mittleren Verbindungslinie (Y) zwischen den Magneten (2a, 2b) durchsetzt, bei der ein Taktgeber (11) vorgesehen ist, der in einer vorgegebenen Taktfolge einerseits einen bzw. mehrere Umpolschalter/Abschalter (4, 5) für den bzw. die Elektromagneten (2a, 2b) schaltet und andererseits eine Weiche (7) schaltet, die die von den Elektroden (3a, 3b) abgenommenen Meßspannungen in erste Speicher (8, 9, 10) leitet, welche Speicher unterschiedlichen Schaltzuständen eines der Elektromagneten (2a, 2b) entsprechen, und bei der die Ausgänge dieser Speicher (8, 9, 10) an eine Korrekturschaltung (12) angeschlossen sind, die die gespeicherten Signale mittels empirischer Parameter zu einem Ausgangssignal verarbeitet,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei horizontalem Verlauf der mittleren Verbindungslinie (X) der Elektroden (3a, 3b) unterhalb dieser Elektroden (3a, 3b) mindestens zwei weitere von Ladungsverschiebungen in der Flüssigkeit beeinflußte Elektroden (3a′, 3b′) angeordnet sind, deren mittlere Verbindungslinie (X′) den Strom im wesentlichen quer zum Rohrstück (1) und im wesentlichen rechtwinklig zur mittleren Verbindungslinie (Y) zwischen den Magneten (2a, 2b) durchsetzt,
    daß der Taktgeber (11) überdies eine zweite Weiche (7′) schaltet, die die von den zwei weiteren Elektroden (3a′, 3b′) abgenommenen Meßspannungen in zweite Speicher (8′, 9′, 10′) leitet, welche zweite Speicher unterschiedlichen Schaltzuständen eines der Elektromagneten (2a, 2b) entsprechen, und daß die Ausgänge auch dieser zweiten Speicher (8′, 9′, 10′) an die Korrekturschaltung (12) zur Erzeugung des Ausgangssignals angeschlossen sind, wobei die Korrekturschaltung (12) auch die in diesen zweiten Speichern (8′, 9′, 10′) gespeicherten Signalen mittels empirischer Parameter zu dem Ausgangssignal verarbeitet.
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